Symposium – Arzneimittel im Wasser 06. Nov. 2009

Thomas Knacker

ECT Oekotoxikologie GmbH, Flörsheim/Main

Problemaufriss aus Sicht der

Wasserbelastung

Ökotoxikologie - Umweltrelevanz –Risikoeinschätzung

� Einleitung (Arzneimittel, Ökotoxikologie)

� Pro- und retrospektive Umweltrisikobewertung

� Beispiele für Umweltrisikobewertungen von

Arzneimittel

� Ökotoxikologische Wirkung von Abwasser

� Schlussfolgerungen

Übersicht

KA

Kommunaler Wasserkreislauf

Uferfiltrat

Wasserwerk Trinkwasser

Verregnung

Bodenpassage

“Run off“

Infiltration

Grundwasser

Wasser/Sediment

(Abb. nach Ternes)

Einleitung - Arzneimittel

Eingesetzte / verkaufte Arzneimittel in Deutschland

� Humanarzneimittel: ~ 5.400 t/a (BLAC, 2003)etwa 60% entfallen auf 10 Wirkstoffe

� Veterinärarzneimittel: ~ 710 t/a (Kools et al., 2008)etwa 93% entfallen auf Antibiotika

Pflanzenschutzmittel: ~ 30.000 t/a (IVA, 2008)

Einleitung- Ökotoxikologie

Untersuchungsgegenstand ist

� das Verhalten von Chemikalien in Ökosystemen

� die Wirkung von Chemikalien auf Ökosysteme

Regulatorische Aufgaben sind

� Bestimmung von Gefahren für die Umwelt

� Bewertung von Risiken für die Umwelt

Umweltrisikobewertung

Vergleich zwischen pro- und retrospektiver Bewertung für drei Human-Pharmaka

N

NH2O

O

N

NH2 S

O

O

N

H

CH3

OH

OH

Carbamazepin (CBZ)Antiepileptikum

Sulfamethoxazole (SMX)Antibiotikum

17α-Ethinylestradiol (EE2)Synthetisches Steroid

Knacker et al. (2006, 2008)Liebig et al. (2006)

Schema zur Umweltrisikoabschätzung (ERA)

Expositions-abschätzung

PECPredicted

Environmental Concentration

Wirkungs-abschätzung

PNECPredicted No

Effect Concentration

Risk Quotient (RQ):

PECPNEC

≥ 1 ? ≥ 1 nicht akzept. RisikoMaßnahmen

< 1 akzeptables Risiko

≥ 1 nicht akzept. RisikoMaßnahmen

Risk Quotient (RQ):

MECEQS

≥ 1 ?

EQSEnvironmental

Quality Standard

MECMeasured

Environmental Concentration

Prospektive ERA(EMEA 2006)

Retrospektive ERA(WFD 2000)

Bestimmung von PNECWasser

10

-

Übertragungs-faktor

Phase I:

� Schwellenwert: 10 ng/L

Falls die Expositionskonzentration kleiner als 10 ng/L, ist eine Wirkungsabschätzung nicht erforderlich; jedoch, …

Phase II:

� 3 Langzeit-Toxizitätstests für 3 trophische Stufen(Alge, Daphnia, Fisch)

Wirkungsabschätzung (EMEA 2006)

Bestimmung von EQSWasser

10

50

100

1000

Übertragungs-faktor

Mindestens 3 Kurzzeit-Toxizitätstests für 3 trophische Stufen (Alge, Daphnia, Fisch)

Mindestens 3 Langzeit-Toxizitätstests für 3 trophische Stufen (Alge, Daphnia, Fisch)

2 Langzeit-Toxizitätstests für 2 trophische Stufen (Daphnia und/oder Fisch und/oder Alge)

1 Langzeit-Toxizitätstest(Daphnia oder Fisch)

Wirkungsabschätzung (Lepper 2006)

Wirkungsabschätzung im Sediment

Log KOC ≥ 3 oder

Log KOW ≥ 3

≥ 10% der Substanz nach 14 d im Sediment

Auslöser für ERASediment

Übertragungs-faktor

Testan-forderung

1005010

1 Langzeit-Studie2 Langzeit-Studien*3 Langzeit-Studien*

WFD (Lepper 2006)

1 Langzeit-Studie

Nichtspezifiziert

Pharmaka (EMEA 2006)

* Studien mit Organismen, die verschiedene taxonomische Gruppen und unterschiedliche Futteraufnahmestrategien repräsentieren

Zusammenfassung der ERAs

kein Risiko(Wasser)

Risiko(Wasser)

nur Kurzzeit-Tests

allen Daten

Prospektive ERA

kein Risikokein Risiko(Sediment)

RisikoEE2

kein RisikoRisikokein RisikoSMX

kein Risikokein RisikoRisiko

(Sediment)

CBZ

Retrospektive ERA mit

Vergleich von EQS und PNEC

Für 3 von 11 untersuchten Arzneimitteln ist die

Anwendung des Übertragungsfaktors von 1000 auf

Kurzzeit-Toxizitätstests nicht ausreichend

(Schmitt et al. 2009, im Druck)

Zur Bestimmung von PNEC und EQS im Wasser und im

Sediment werden unterschiedliche Verfahren empfohlen

� Zur Ableitung des EQS bei Arzneimitteln sollten

ausschließlich Langzeit-Toxizitätstests verwendet

werden

Stoffgemisch - Abwasser

• Kläranlage mit Full-scale-Ozonierung

• Kontinuierlicher Durchfluss der Testwässer aus 3 Behandlungsstufen

Sedimentation SandfilterOzon-Reaktor

O OSFS

Biologie Vorfluter

1. Nachklärung (FS)

2. Nach dem Ozonreaktor (O)

3. Nach dem Sandfilter (OS)

Magdeburg et al. (2008, 2009)

Vergleichende ökotoxikologische Untersuchung von ozoniertem und

konventionell behandeltem Abwasser

Ergebnisse

FS O

Entwicklung

Biomasse

Vitellogenin

Oncorhynchus mykiss

ReproduktionPotamopyrgus

antipodarum

Reproduktion

BiomasseLumbriculus variegatus

Mortalität

Mittlere EmergenzzeitChironomus riparius

OSEndpunkteOrganismus

Kein Effekt gegenüber Kontrolle

Effekte gegenüber der Kontrolle

Magdeburg et al. (2008, 2009)

Signifikante Effekte gegenüber den anderen Testwässern

Schlussfolgerungen

� Bewertung ist nicht identisch

� Die verwendeten Übertragungsfaktoren sind für

biologisch aktive Substanzen nicht ausreichend

� Spurenstoffe können durch Ozonierung eliminiert

werden; aber Entstehung von z.T. unbekannten

Oxidationsprodukten (Aldehyde, Ketone, NDMA)

Einzelstoffuntersuchung: Vergleich pro- und

retrospektive Bewertung für Human-Arzneimittel

Stoffgemisch - Abwasser

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Ökotoxikologie Ökotoxikologie -- Umweltrelevanz Umweltrelevanz ––RisikoeinschätzungRisikoeinschätzung

Diese Präsentation wurde u.a. aus folgenden Quellen gespeist: Diese Präsentation wurde u.a. aus folgenden Quellen gespeist:

(1)(1) UBA, Dessau: FKZ 20524205; FKZ 20667470; FKZ 20467454/02 UBA, Dessau: FKZ 20524205; FKZ 20667470; FKZ 20467454/02

(2)(2) European Commission: Poseidon; European Commission: Poseidon; ERAPharmERAPharm; Neptune; Neptune

(3)(3) Bundesamt für Umwelt (BAFU), Bern, Projekt MicroPollBundesamt für Umwelt (BAFU), Bern, Projekt MicroPoll

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